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康斯坦丁:横穿地球需要多少时间?
康斯坦丁
12月14日 14:49
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假如地球有一个洞,人们可以从这一端横穿到另一端,这需要多长时间才能完成呢?科学家透露,这要比以前想象的时间还要短。

经常出现在入门物理课上的一个场景是“重力隧道”,也就是一个从地球一边钻到另一边的管子,穿过地球的中心,经过这样的一个洞需要花掉大概42分钟12秒。这个问题的解决方案取决于地球引力的大小,而地球的引力大小又取决于它的质量。当人类通过地球坠落,随着时间的推移下降,会有更少的质量,所以引力经历的力量会随着接近地心而下降。

尽管如此,假设没有空气阻力,动力可能会将你一路甩向另一边的表面。不过当你到达地球另一端的时候,得要赶紧钻出井口,要不然你又会掉回去,来个往返游,接着变成人肉摆钟,在地球两端之间不停地摆动,画面太美啦。蒙特利尔麦吉尔大学(McGill University)的物理学家亚历山大·克洛茨(Alexander Klotz)说:“你可以想象你以每秒八公里的速度在地心穿行,当你走了一半越过地心的那一刻,引力的方向反转了,你在不停地减速,到达另一端的时候,务必要爬出井口,避免再次掉回去。”

现在,克洛茨使用了一个更现实的地球模型,他发现这个下降只需要大约38分11秒,比想象的快4分钟。克洛茨的计算基于地震数据确定的地球内部结构。考虑了一系列的地球性质,包括弹性、衰减、密度、压力和万有引力。地壳密度小于3克每立方厘米,地心密度是在13克每立方厘米。然而越往里走,地球密度却不是线性增加的,地面以下2900公里到达地幔层的时候,密度会猛增50%。

令人惊讶的是,克洛茨发现,如果他假定地球的引力强度在整个地球上是均匀的,并等于其在地表上的值,那么他计算出几乎相同的答案。这个假设是有效的,因为地球的引力“随着深度的变化而变化,只有10%,比起第一个3000公里(1865英里)来说,地球的引力只会随着深度的变化而变化10%,也就是先强后弱。“所以,如果你开始下降并加速,那么当你到达一个重力与其表面值不同的区域时,你的速度会非常快,你在这个区域花费的时间将会很少。

当然这一切都是科学家们理论上的想像。“苏联人创下了人类目前为止最深的挖洞记录,他们从1970年挖到1989年,但这个洞深度只有12公里(7.5英里),大约是通过地球的0.1%。” 所以,不要指望任何人在不久的将来能够通过一个真正的地球隧道来测试这些计算。(科技新发现 康斯坦丁/文)

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科幻星系工作室、科技新发现网站创始人、科幻作者。
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